Sheath plasma sheath 두께의 영향에 대하여 질문드립니다.
2019.10.10 13:10
안녕하세요 교수님, 석사과정을 진행중인 학생입니다.
RIE에 대하여 공부하다 해결되지 않는 사항이 있어 질문드리고자 합니다.
ion theath thickness와 MFP와의 관계에 따라 ion directionality가 달라지고, ARDE가 발생하게 된다는 것 까진 학습하였습니다.(차일드-랭뮤어의 식)
1. Ion의 mass에 따라 sheath thickness가 변하는데, sheath thickness가 ion 가속, MFP, Vdc(self bias)에 끼치는 영향이 있는지 여쭙고자 합니다.
(Ion mass --> sheath thickness변화 ==> ion 가속영향? / MFP 영향? / Vdc 영향?..아니면 그 자체로는 다른 parameter에 영향이 없는지..)
2. RIE에서 wafer(electrode)의 open area의 경우, ion flux와 electron flux가 같다고 학습하였습니다.
이때 gas를 바꾸었을 때 ion의 mass가 바뀌었을 때,(ex, F --> Br) ion flux가 동일한지, 그렇다면 동일 flux이므로 wafer incident ion energy는 mass가 증가한 만큼 증가하게 되는지, electron의 energy가 ion의 mass나 이온화E에 영향이 있는지 여쭙고자 합니다. (속도가 동일하므로, mass증가에 따라 ion의 kinetic E 증가하는지...)
조금 두서없이 썼지만, 공부하는 중 해결이 잘 되지않아 교수님께 질문드리고자 합니다.
감사합니다.
모든 질문의 답을 Child-Langmuir sheath model에서 찾아 볼 수 있을 것 같습니다. 특히 Bohm criterion 을 적용해서 sheath로 입사되는 이온의 flux를 계상할 수 있습니다. 여기서 ion acoustic speed가 ion mass에 반비례 하므로, mass가 다르다면 (단 플라즈마 전자 온도가 같다는 가정)에서 플라즈마 음속도 (Bohm speed)는 줄어들고 ion flux는 작게 됩니다. 이는 상대적으로 전자의 하전을 표면에 증가시킬 것으로 이온의 질량이 큰 플라즈마에서 floating sheath 전위는 커지게 됩니다. (floating sheath 조건을 살펴 보면 수식으로 표현되어 있습니다) 쉬스 전위가 커지면 (표면 부유전위가 낮아지면) 이온의 운동에너지는 커지게 됩니다. 참고로 질량이 크면 momentum이 커집니다. 에너지는 쉬스 전위로 부터 얻으므로 쉬스가 같다면 에너지는 동일하겠지요. 아울러 collision은 mass가 크면 cross section이 같이 커지는 경향이 있으므로 collision은 커질 것 입니다. 쉬스에 관련해서는 본 게시판에 여러번 설명이 되어 있으니 참고해 보세요.